Вспоминаем историю, или от stereo к surround

На начальном этапе своего развития звукозапись и радиовешание были монофоническими. Звук, раздающийся из динамика, до неузнаваемости отличался от живого звука концертного зала: искаженный баланс между различными музыкальными инструментами, искаженный тембр и, главное, полностью утраченная пространственность. Это очень серьезный недостаток. Ведь слуховой анализатор человека обладает способностью к пеленгации источников звука, что помогает нам ориентироваться в пространстве. Если же все звуки исходят из одной точки — это кажется противоестественным.

Первые эксперименты по получению объемного звучания проводились еще в ЗО-е годы прошлого века. Сравнительные испытания многоканальных и монофонических систем дали удивительные результаты. Было установлено, что при воспроизведении даже двух раздельных каналов субъективное качество звука резко улучшается. А самое поразительное заключается в том, что эксперты предпочитали стереозвук даже в тех случаях, когда им предъявляли объективно более высококачественные, но монофонические фонограммы. Решающим преимуществом стала возможность пространственной локализации кажущихся источников звука (рис. 11.1).

На первом этапе разработчики решили ограничиться двумя каналами. Это, конечно, в первую очередь было обусловлено небогатыми возможностями аппаратуры того времени: грампластинки реально позволяли разместить сигналы только двух полноценных каналов. Стереозвук дает некоторую прозрачность звучания: партии отдельных инструментов становятся более различимыми на фоне оркестра. Кроме того, стереосистема способна воспроизвести подобие звуковой атмосферы помещения, в котором выполнялась запись. Постепенно появились стереофонические грампластинки и стереопроигрыватели, стереомагнитофоны, стереофоническое радиовещание. Однако и стереозвучание лишено естественности реального звукового поля, а стереопанорама ограничена углом между направлениями на громкоговорители и получается плоской.

Одной из первых попыток преодоления недостатков, присущих стереофоническим системам, стала квадрофония (для воспроизведения используются 4 акустические системы). Первые бытовые квадросистемы появились в начале 1970-х годов. Казалось, что их ждет славное будущее. Однако ожидания не сбылись. Свою роль сыграли несовершенство и большая стоимость приборов четырехканальной записи/воспроизведения. Но главное заключается в другом: с переходом от "стерео" к "квадро" в те времена новое качество звука не возникло. При квадрофонии 1970-х годов стереопанорама не получалась круговой — слушатель ощущал обычную стереопанораму перед собой и еще одну стереопанораму позади себя. Дело в том, что человеческий слух по-разному воспринимает звуковые сигналы с различных направлений: сигналам, приходящим спереди, уделяется больше внимания, чем приходящим сзади. В квадрофонии это свойство не учитывалось, квадрофоническая система являлась симметричной относительно оси, разделяющей фронтальную и тыловую области круговой панорамы. В результате отсутствовала четкая локализация мнимых звуковых источников во фронтальной части круговой панорамы. Как следствие, все мнимые источники звука располагались на плоскостях между фронтальными и тыловыми динамиками, эффект объемного звучания по-прежнему не появлялся. Кроме того, в те далекие времена не было компьютеров и эффект-процессоров, способных справиться с моделированием объемных реверберационных процессов и предоставляющих звукорежиссеру удобные регуляторы для перемещения источников звука по круговой панораме. А существовавшее квадрофоническое оборудование было слишком дорогим. Тогда квадрофония отступила, а стереофония победила и продолжила развитие по линии миниатюризации аппаратуры, улучшения ее технических и потребительских качеств, перехода к новым носителям — компакт-кассетам и компакт-дискам. У звукозаписывающих компаний и производителей аудиоаппаратуры все еще имелись широчайший фронт работ и емкий рынок сбыта. В который раз они предлагали слушателям смену фонотек. Накопленный за предшествующие десятилетия музыкальный материал, обновленный и адаптированный сначала под монофонические катушечные магнитофоны, затем реализованный на компакт-кассетах в сгереоформате, в очередной раз предлагался меломанам, но теперь уже на лазерных дисках.

Однако на границе двух веков стереофония, кажется, все-таки начала сдавать свои позиции. Цифровые технологии записи звука, а также емкие, удобные и дешевые носители сняли ранее суа1ествовавшую проблему хранения многоканальных фонограмм большой длительности. Кроме того, появилась острая потребность в звуке, передающем акустические свойства окружающего пространства. Виртуальные графические миры компьютерных игр становятся все более сложными и похожими на реальность, а, значит, требуют и адекватного звукового оформления. Кинематограф, переживший кризис в состязании с телевидением, возродился в виде домашних кинотеатров и кинозалов нового формата, основное отличие которых от предшественников кроется не в изображении, а в принципиально новом звуке (хотя качество изображения тоже улучшилось, благодаря DVD и современным проекционным средствам).

Новая эра в звукозаписи началась в результате исследований, выполненных инженерами Dolby Laboratories (http://dolby.com). Это был принципиально новый подход к передаче многоканального звука. Отличие от традиционного способа заключалось, прежде всего, в том, что для хранения аудиосигналов двух дополнительных каналов использовалось матричное кодирование, т. е. их подмешивание к основным двум каналам. Изменился и способ размещения акустических систем — дополнительно к традиционному для квадрофонии расположению акустических систем (по углам помещения) добавлен центральный канал, размещенный между правым и левым фронтальными каналами, чтобы сохранить широкую стереобазу для зриталей, сидящих на боковых местах, а за их спинами размещен канал эффектов. Так появилась система нового кинотеатрального звучания Dolby® Stereo. Впервые формат Dolby® Stereo был применен в фильме "Star Wars" в 1975 году.

Системой воспроизведения совершенно нового качества, совместимой со старым стандартом звукозаписи, стала система Dolby® Pro Logic®. В ней был применен декодер, реализующий пространственную фокусировку звуковых образов — технологию, используемую для снижения взаимного проникновения сигналов одного канала в другой. В Dolby® Pro Logic® также появилась возможность создавать задержку звукового сигнала в тыловом канате. Тем самым было обеспечено согласование геометрических и акустических характеристик конкретного помещения с характеристиками "эталонного кинозала", под который при производстве сводится многоканальный звук.

А потом наступила эпоха цифрового кодирования и цифровой записи многоканального объемного звука, и появилась система Dolby® Digital. Для кодирования цифрового звука в ней используется алгоритм АС-3 (Dolby's third generation audio coding algorithm — алгоритм кодирования звука Dolby третьего поколения). АС-3 представляет собою алгоритм компрессии многоканального звука (количество независимых каналов от 1 до 6) с потерями. Достижения в области психоакустики, учитывающие особенности человеческого слухового аппарата, используются в нем для принятия решения о том, какую часть информации в аудиосигнале можно отбросить, чтобы это было не очень заметно для слушателя. Объемность акустических сцен, более четкая детализация, естественность перемещений источников звука из фронтальной области в тыловую, стереофоническое звучание в тыловой области — все это обеспечило успех системы.

Следующий шаг эволюции систем объемного звучания — система Dolby® Digital EX, которую можно считать надстройкой над Dolby® Digital. В Dolby® Digital EX, как и в Dolby® Digital, физически может кодироваться до 6 независимых каналов (формат 5.1), однако за счет использования матричного кодирования в левый и в правый тыловые каналы подмешивается информация еще одного или двух surround-каналов. Благодаря такому решению сохранена совместимость с оборудованием Dolby® Digital, и в то же время, за счет введения дополнительных surround-каналов (форматы 6.1, 7.1) на оборудовании Dolby® Digital EX достигается еще больше высокая точность локализации звуковых источников в пространстве.

В настоящее время можно говорить о распространении нового потребительского формата: DVD-audio. Звуковые данные на этом носителе могут храниться с использованием различных алгоритмов кодирования, включая Dolby® Digital. Однако в связи с большой емкостью носителя DVD (4,7 Гбайт на однослойном диске) необходимость сжатия звуковой информации с потерями отпадает. На DVD-audio можно хранить многоканальные записи в формате вплоть до 24-бит/96 кГц без какого-либо сжатия и, соответственно, без каких-либо потерь.